Tabla de Contenidos
Áp suất thẩm thấu (Π) đề cập đến áp suất phải tác dụng lên dung dịch để làm chậm quá trình thẩm thấu của dung môi qua màng bán thấm từ bình chứa dung môi nguyên chất. Đây là một thuộc tính chung của các giải pháp có tầm quan trọng lớn trong các lĩnh vực khác nhau.
Áp suất thẩm thấu đặc biệt có liên quan trong lĩnh vực sinh học và y học, vì nó điều chỉnh sự cân bằng nước của các tế bào tạo nên tất cả các sinh vật sống. Mặt khác, áp suất thẩm thấu cũng rất quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật vì nó đại diện cho áp suất tối thiểu phải áp dụng cho một dung dịch để thực hiện quá trình thẩm thấu ngược, một quy trình tạo cơ sở cho quá trình khử muối trong nước biển.
Trong bất kỳ trường hợp nào trong số này, điều cần thiết là có thể tính được áp suất thẩm thấu của các dung dịch khác nhau. Vì lý do này, một bài toán tính áp suất thẩm thấu của dung dịch nước phức tạp được trình bày dưới đây , tức là dung dịch chứa một số chất tan, một số ion và một số khác thì không.
Mặt khác, điều quan trọng là có thể xác định nồng độ cần thiết để đạt được áp suất thẩm thấu nhất định để có thể điều chế các dung dịch ưu trương, nhược trương hoặc đẳng trương khi cần. Giải pháp của một vấn đề đối phó với điểm này cũng được trình bày.
Áp suất thẩm thấu được tính như thế nào?
Việc tính toán áp suất thẩm thấu của dung dịch được thực hiện theo công thức sau:
Trong đó Π là áp suất thẩm thấu trong khí quyển, i là hệ số van’t Hoff, M là nồng độ mol của chất tan, R là hằng số khí lý tưởng có giá trị là 0,08206 atm.L/mol.K và T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin.
Trong trường hợp có nhiều chất tan, tổng áp suất thẩm thấu được tính bằng tổng đóng góp của từng chất tan, nghĩa là:
Các giá trị của hệ số van’t Hoff có thể được xác định về mặt lý thuyết (xấp xỉ) từ số lượng hạt mà chất tan phân ly thành nếu nó là chất điện ly mạnh hoặc từ sự phân giải cân bằng ion trong trường hợp chất điện ly yếu .
Tuy nhiên, giá trị phù hợp nhất là giá trị được xác định bằng các phương pháp thí nghiệm chẳng hạn như sự đi xuống của phương pháp làm lạnh hoặc sự đi lên của dung dịch bằng phương pháp soi sủi bọt.
Bài 1: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch phức chất
tuyên bố
Bạn muốn tính áp suất thẩm thấu, tính bằng milimét thủy ngân, của dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 5,00 g glucozơ, 0,500 g natri clorua và 0,200 g canxi clorua trong đủ nước để tạo thành 250 mL dung dịch ở 25°C. .
Giải pháp
Việc giải quyết các vấn đề loại này được thực hiện thông qua các bước sau:
Bước 1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh, chuyển đổi đơn vị và tính khối lượng mol có liên quan.
Bước đầu tiên, như trong tất cả các vấn đề, là lấy dữ liệu của câu lệnh. Trong trường hợp này, chúng ta được cung cấp khối lượng của ba chất tan, tổng thể tích của dung dịch và nhiệt độ. Ngoài ra, các chất hòa tan được chỉ định là glucose (công thức C 6 H 12 O 6 ), natri clorua (NaCl) và canxi clorua (CaCl 2 ).
Bảng sau đây tóm tắt các dữ liệu được cung cấp. Vì nồng độ mol sẽ được tính toán nên thể tích tính bằng lít là bắt buộc. Khối lượng mol được tính bằng cách cộng khối lượng mol của mỗi nguyên tử có trong công thức, như bình thường.
| m glucôzơ = | 5.00g | đường MM = | 180,16 g/mol |
| mNaCl = _ | 0,500g | MMNaCl = _ | 58,44 g/mol |
| mCaCl2 = _ | 0,200g | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| V dung môi = | 250 mL x (1L/1000mL) = 0,250L | T = | 25°C + 273,15 = 298,15K |
Bước 2: Tính nồng độ mol của tất cả các chất tan.
Dung dịch này chứa 3 chất tan nên phải tính 3 nồng độ mol. Đó là:
Bước 3: Xác định hệ số van’t Hoff cho mỗi chất tan.
Như đã đề cập ở phần đầu, các yếu tố này có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết. Trong trường hợp này, chúng tôi sẽ làm điều đó về mặt lý thuyết.
đường
Bởi vì nó là một chất tan trong phân tử không phân ly, hệ số van’t Hoff của glucose là i=1 .
Natri clorua
NaCl là một chất tan ion và cũng là một chất điện ly mạnh. Trong trường hợp này, hệ số van’t Hoff được xác định bởi tổng số ion hoặc hạt mà chất tan phân ly trong dung dịch. Sau đây là phản ứng hòa tan của chất tan này:
Như chúng ta có thể thấy, mỗi công thức của NaCl phân ly tạo ra tổng cộng hai ion, vì vậy đối với chất tan này i=2 .
canxi clorua
Như trong trường hợp trước, canxi clorua bao gồm một chất tan ion phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước. Phản ứng phân ly là:
Không giống như natri clorua, canxi clorua tạo ra ba ion khi phân ly, do đó, nó có hệ số Hoff theo lý thuyết là i=3 .
Bước 4: Dùng công thức xác định áp suất thẩm thấu.
Bước cuối cùng là xác định chính áp suất thẩm thấu. Kết quả ban đầu sẽ được biểu thị bằng khí quyển, vì vậy sau đó chúng tôi sẽ phải chuyển đổi nó thành mmHg, như được chỉ định trong tuyên bố.
Trả lời
Dung dịch sẽ có áp suất thẩm thấu là 3,740 mmHg.
Bài 2: Tính nồng độ từ áp suất thẩm thấu
tuyên bố
Xác định khối lượng canxi clorua cần thiết để chuẩn bị 100 mL dung dịch có áp suất thẩm thấu 380 Torr ở 37°C.
Giải pháp
Loại vấn đề này bị tấn công theo cách tương tự như vấn đề trước đó. Điều duy nhất thay đổi là việc sử dụng phương trình áp suất thẩm thấu, phương trình này phải được giải để thu được ẩn số mong muốn, trong trường hợp này là nồng độ chất tan, thay vì được sử dụng trực tiếp.
Bước 1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh, chuyển đổi đơn vị và tính khối lượng mol có liên quan.
Bước đầu tiên giống như trong trường hợp trước.
| V dung môi = | 100 mL x (1L/1000mL) = 0,100L | T = | 37°C + 273,15 = 310,15K |
| = | 380 Torr. (1atm/760 Torr) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Bước 2: Xác định hệ số van’t Hoff
Như chúng ta đã thấy trong bài toán trước, vì nó là chất điện ly mạnh tạo ra ba ion khi nó phân ly, nên hệ số Hoff của canxi clorua là i=3 .
Bước 3: Lọc và tính nồng độ mol của chất tan.
Vì nó là một chất tan duy nhất nên áp suất thẩm thấu được cho bởi:
Chúng ta đã biết giá trị của tất cả các biến ngoại trừ nồng độ mol, vì vậy chúng ta có thể giải phương trình này cho biến đó:
Bước 4: Sử dụng công thức nồng độ mol, cô lập khối lượng chất tan.
Công thức cho nồng độ mol hoặc nồng độ mol là:
Giải phương trình này cho khối lượng của chất tan, msto , cho:
Trả lời
Phải cân 0,0727 g canxi clorua để chuẩn bị 100 mL dung dịch có áp suất thẩm thấu 380 Torr ở nhiệt độ 37 °C.
Người giới thiệu
- Castro, S. (2019). Áp suất thẩm thấu Công thức và bài tập giải . giáo viên toán 10 https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Hóa học (Ninth ed.). McGraw-Hill.
- Áp suất thẩm thấu. Nó là gì, Công thức và Ví dụ. (2020). Lõi trực quan. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Thuộc tính hợp tác : Áp suất thẩm thấu . Hóa học tại nhà.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
